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§17-1 能量量子化学案 “介绍能量量子化发现的背景：” 19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。 1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物理学家开尔文作了展望新世纪的发言：“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。” 也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！ 但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云” 这两朵乌云是指什么呢？一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。 然而， 事隔不到一年（1900年底），就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着（1905年）从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路， 柳暗花明又一村”。 我们这节课就来体验物理学新纪元的到来――能量量子化的发现 一．黑体与黑体辐射学科网 1.热辐射现象：这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射 的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与 有关。学如：铁块的温度升高。从看不出发光到 到 色到 色，从能量转化的角度来认识，是 能转化为 能的过程。学科网 2.黑体：能全部吸收 而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。 二．黑体辐射的实验规律学科网 1.黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有 ，另一方面，辐射强度的 向波长较短的方向移动。 2.热力学和电磁学规律学无法解释这一规律，被称为“ ”灾难。 三。能量子：超越牛顿的发现学科网 1.1900年底， 国物理学家 提出了能量量子化理论。 2.能量子：振动着的带电微粒只能是某一最后小能量值的E的整数倍，其中E=hν.h= ,v表示电磁波的 。 3.机械能的变化是连续的，如弹簧的弹性势能E= ，由于形变量连续，所以E是能量的。 4.借助 的假说，成功地解释了黑体辐射与波长的实验规律。 说明： 1．黑体和黑体辐射： （1）为什么要研究黑体？ 一般物体的热辐射除了与物体的温度有关外，还与材料的种类、表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关；再加上黑体材料加到同样温度时，发出的热辐射比其他物体强，因此黑体是用来建立热辐射定律的理想辐射体。 （2）绝对黑体是理想化的物理模型，生活中的烟煤是很接近黑体的材料。 （3）黑体的定义和黑体辐射实验规律的解释 如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，这种物体就叫做黑体.黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波(包括可见光和不可见光)，黑体辐射规律的详细内容不是现阶段的学习内容，不必深究，只要了解到黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释即可. （4）黑体辐射强度与波长的关系 随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。与铁钉加热发光颜色变化的规律是一致的。 （5）黑体辐射的实验规律的理想解释 维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大 瑞利-金斯公式在短波区与实验严重不符，且当波长趋近0时，辐射强度变为无穷大。 普朗克的量子论与实验结论完全吻合 能量量子化和能量子： 微观领域中，能量只能取分立的、不连续的值.即能量不能连续变化，只能按能量子的整数倍变化. 所谓能量子就是能量的最小单元.微观领域里能量的变化总表现为电磁波的辐射与吸收，不同频率的电磁波其能量子的值不同，表达式为： E=hν 其中ν是电磁波的频率，h是一个普遍适用的常量，称作普朗克常量.由实验测得h=6.63×10－34 J·s.h的准确值不必记忆，但要知道，它的值很小，数量级只有10－34. 2．能量子：超越牛顿的发现 1900年，德国物理学家 提出能量量子化假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能